HANGZHOU NUZHUO TECHNOLOGY GROUP CO.,LTD.

Expander tiasa nganggo pangurangan tekanan pikeun ngajalankeun mesin anu muter. Inpormasi ngeunaan kumaha meunteun poténsi kauntungan tina masang extender tiasa dipendakan di dieu.
Biasana dina industri prosés kimia (CPI), "seueur énergi anu diboroskeun dina klep kontrol tekanan dimana cairan tekanan tinggi kedah didepresurisasi" [1]. Gumantung kana sababaraha faktor téknis sareng ékonomi, panginten dipikahoyong pikeun ngarobih énergi ieu janten énergi mékanis anu muter, anu tiasa dianggo pikeun ngajalankeun generator atanapi mesin muter anu sanés. Pikeun cairan anu teu tiasa dikomprés (cairan), ieu kahontal nganggo turbin pamulihan énergi hidrolik (HPRT; tingali rujukan 1). Pikeun cairan anu tiasa dikomprés (gas), expander mangrupikeun mesin anu cocog.
Expander mangrupikeun téknologi anu dewasa kalayan seueur aplikasi anu suksés sapertos retakan katalitik cairan (FCC), pendinginan, klep kota gas alam, pamisahan hawa atanapi émisi knalpot. Sacara prinsip, aliran gas naon waé kalayan tekanan anu dikirangan tiasa dianggo pikeun ngajalankeun expander, tapi "kaluaran énergi sacara langsung sabanding sareng rasio tekanan, suhu sareng laju aliran aliran gas" [2], ogé kalayakan téknis sareng ékonomi. Implementasi Expander: Prosésna gumantung kana faktor-faktor ieu sareng faktor-faktor sanésna, sapertos harga énergi lokal sareng kasadiaan alat anu cocog ti produsén.
Sanaos turboexpander (anu fungsina sami sareng turbin) mangrupikeun jinis expander anu paling dikenal (Gambar 1), aya jinis sanés anu cocog pikeun kaayaan prosés anu béda. Artikel ieu ngenalkeun jinis utama expander sareng komponénna sareng ngaruntuykeun kumaha manajer operasi, konsultan atanapi auditor énergi di sababaraha divisi CPI tiasa meunteun poténsi kauntungan ékonomi sareng lingkungan tina masang expander.
Aya seueur jinis pita résistansi anu béda-béda dina géométri sareng fungsina. Jinis utama dipidangkeun dina Gambar 2, sareng unggal jinis dijelaskeun sacara singget di handap. Kanggo inpormasi lengkep, ogé grafik anu ngabandingkeun status operasi unggal jinis dumasar kana diaméter khusus sareng kecepatan khusus, tingali Pitulung. 3.
Turboexpander piston. Turboexpander piston sareng piston putar beroperasi sapertos mesin pembakaran internal anu muter mundur, nyerep gas tekanan tinggi sareng ngarobih énergi anu disimpen janten énergi rotasi ngalangkungan poros engkol.
Sered turbo expander. Expander turbin rem diwangun ku rohangan aliran konsentris kalayan sirip ember anu napel kana pinggiran élémen anu muter. Éta dirancang sapertos roda cai, tapi penampang rohangan konsentris ningkat ti asupan ka kaluar, ngamungkinkeun gas mekar.
Turboexpander radial. Turboexpander aliran radial gaduh saluran masuk aksial sareng saluran keluar radial, anu ngamungkinkeun gas mekar sacara radial ngalangkungan impeller turbin. Sarua kitu, turbin aliran aksial mekarkeun gas ngalangkungan roda turbin, tapi arah aliran tetep sajajar sareng sumbu rotasi.
Artikel ieu museur kana turboexpanders radial sareng aksial, ngabahas rupa-rupa subtipe, komponén, sareng ékonomi na.
Turboexpander ngekstrak énergi tina aliran gas tekanan tinggi sareng ngarobihna janten beban drive. Biasana bebanna nyaéta kompresor atanapi generator anu disambungkeun kana aci. Turboexpander kalayan kompresor ngomprés cairan di bagian sanés tina aliran prosés anu meryogikeun cairan anu dikomprés, sahingga ningkatkeun efisiensi sakabéh pabrik ku cara nganggo énergi anu upami teu kitu diboroskeun. Turboexpander kalayan beban generator ngarobih énergi janten listrik, anu tiasa dianggo dina prosés pabrik sanés atanapi dipulangkeun deui ka jaringan lokal pikeun dijual.
Generator turboexpander tiasa dilengkepan ku aci panggerak langsung ti roda turbin ka generator, atanapi ngalangkungan girboks anu sacara efektif ngirangan kecepatan input ti roda turbin ka generator ngalangkungan rasio gir. Turboexpander panggerak langsung nawiskeun kaunggulan dina efisiensi, tapak suku, sareng biaya perawatan. Turboexpander girboks langkung beurat sareng meryogikeun tapak suku anu langkung ageung, peralatan bantu pelumasan, sareng perawatan rutin.
Turboexpander aliran-liwat tiasa didamel dina bentuk turbin radial atanapi aksial. Ekspander aliran radial ngandung saluran masuk aksial sareng saluran keluar radial supados aliran gas kaluar ti turbin sacara radial tina sumbu rotasi. Turbin aksial ngamungkinkeun gas ngalir sacara aksial sapanjang sumbu rotasi. Turbin aliran aksial ngekstrak énergi tina aliran gas ngaliwatan baling-baling pituduh saluran masuk ka roda ekspander, kalayan luas penampang ruang ékspansi laun-laun ningkat pikeun ngajaga kecepatan anu konstan.
Generator turboexpander diwangun ku tilu komponén utama: roda turbin, bantalan khusus, sareng generator.
Roda turbin. Roda turbin sering dirancang khusus pikeun ngaoptimalkeun efisiensi aerodinamis. Variabel aplikasi anu mangaruhan desain roda turbin kalebet tekanan asupan/outlet, suhu asupan/outlet, aliran volume, sareng sipat cairan. Nalika rasio komprési luhur teuing pikeun dikirangan dina hiji tahapan, turboexpander kalayan sababaraha roda turbin diperyogikeun. Roda turbin radial sareng aksial tiasa dirancang salaku roda multi-tahap, tapi roda turbin aksial gaduh panjang aksial anu langkung pondok sareng ku kituna langkung kompak. Turbin aliran radial multi-tahap meryogikeun gas pikeun ngalir ti aksial ka radial sareng deui ka aksial, nyiptakeun karugian gesekan anu langkung luhur tibatan turbin aliran aksial.
bantalan. Desain bantalan penting pisan pikeun operasi turboexpander anu efisien. Jenis bantalan anu aya hubunganana sareng desain turboexpander rupa-rupa pisan sareng tiasa kalebet bantalan minyak, bantalan pilem cair, bantalan bal tradisional, sareng bantalan magnét. Unggal metode gaduh kaunggulan sareng kakurangan nyalira, sapertos anu dipidangkeun dina Tabel 1.
Seueur pabrik turboexpander milih bantalan magnét salaku "bantalan pilihan" kusabab kaunggulan unikna. Bantalan magnét mastikeun operasi komponén dinamis turboexpander anu bébas gesekan, sacara signifikan ngirangan biaya operasi sareng pangropéa salami umur mesin. Éta ogé dirancang pikeun nahan rupa-rupa beban aksial sareng radial sareng kaayaan overstress. Biaya awal anu langkung luhur diimbangi ku biaya siklus hirup anu langkung handap.
dinamo. Generator nyokot énergi rotasi turbin sareng ngarobihna janten énergi listrik anu mangpaat nganggo generator éléktromagnétik (anu tiasa janten generator induksi atanapi generator magnet permanén). Generator induksi gaduh kecepatan anu dipeunteun langkung handap, janten aplikasi turbin kecepatan tinggi meryogikeun girboks, tapi tiasa dirancang pikeun cocog sareng frékuénsi grid, ngaleungitkeun kabutuhan pikeun drive frékuénsi variabel (VFD) pikeun nyayogikeun listrik anu dihasilkeun. Generator magnet permanén, di sisi anu sanés, tiasa langsung dipasangkeun kana poros turbin sareng ngirimkeun daya ka grid ngalangkungan drive frékuénsi variabel. Generator dirancang pikeun nganteurkeun daya maksimum dumasar kana daya poros anu sayogi dina sistem.
Segel. Segel ogé mangrupikeun komponén anu penting nalika ngarancang sistem turboexpander. Pikeun ngajaga efisiensi anu luhur sareng nyumponan standar lingkungan, sistem kedah disegel pikeun nyegah poténsi bocor gas prosés. Turboexpander tiasa dilengkepan segel dinamis atanapi statis. Segel dinamis, sapertos segel labirin sareng segel gas garing, nyayogikeun segel di sakitar aci anu muter, biasana antara roda turbin, bantalan sareng sésana mesin dimana generator ayana. Segel dinamis bakal ruksak kana waktosna sareng meryogikeun pangropéa sareng pamariksaan rutin pikeun mastikeun yén éta fungsina leres. Nalika sadaya komponén turboexpander aya dina hiji wadah, segel statis tiasa dianggo pikeun ngajagi kabel naon waé anu kaluar tina wadah, kalebet ka generator, drive bantalan magnét, atanapi sénsor. Segel kedap udara ieu nyayogikeun panyalindungan permanén tina bocor gas sareng henteu meryogikeun pangropéa atanapi perbaikan.
Tina sudut pandang prosés, sarat utama pikeun masang expander nyaéta pikeun nyayogikeun gas anu tiasa dikomprés (henteu tiasa dikondensasi) tekanan tinggi ka sistem tekanan rendah kalayan aliran, turunna tekanan, sareng panggunaan anu cekap pikeun ngajaga operasi normal alat. Parameter operasi dijaga dina tingkat anu aman sareng efisien.
Dina hal fungsi pangurangan tekanan, expander tiasa dianggo pikeun ngagentos klep Joule-Thomson (JT), anu ogé katelah klep throttle. Kusabab klep JT gerak sapanjang jalur isentropik sareng expander gerak sapanjang jalur anu ampir isentropik, anu terakhir ngirangan entalpi gas sareng ngarobih bédana entalpi kana kakuatan poros, sahingga ngahasilkeun suhu outlet anu langkung handap tibatan klep JT. Ieu mangpaat dina prosés kriogenik dimana tujuanana nyaéta pikeun ngirangan suhu gas.
Upami aya wates anu langkung handap dina suhu gas kaluar (contona, dina stasiun dekompresi dimana suhu gas kedah dijaga di luhur suhu beku, hidrasi, atanapi suhu desain bahan minimum), sahenteuna hiji pemanas kedah ditambahkeun. Kontrol suhu gas. Nalika preheater ayana di hulu expander, sababaraha énergi tina gas asupan ogé dipulihkeun dina expander, sahingga ningkatkeun kaluaran dayana. Dina sababaraha konfigurasi dimana kontrol suhu outlet diperyogikeun, reheater kadua tiasa dipasang saatos expander pikeun nyayogikeun kontrol anu langkung gancang.
Dina Gambar 3, gambar di handap ieu nunjukkeun diagram saderhana tina diagram aliran umum generator expander kalayan preheater anu dianggo pikeun ngagentos klep JT.
Dina konfigurasi prosés anu sanés, énergi anu pulih dina expander tiasa ditransfer langsung ka kompresor. Mesin-mesin ieu, sakapeung disebut "komandan", biasana gaduh tahapan ékspansi sareng komprési anu disambungkeun ku hiji atanapi langkung aci, anu ogé tiasa kalebet girboks pikeun ngatur bédana kecepatan antara dua tahapan. Éta ogé tiasa kalebet motor tambahan pikeun nyayogikeun langkung seueur kakuatan ka tahapan komprési.
Di handap ieu aya sababaraha komponén anu paling penting anu mastikeun operasi sareng stabilitas sistem anu leres.
Katup bypass atanapi katup pangurang tekanan. Katup bypass ngamungkinkeun operasi teras-terasan nalika turboexpander henteu beroperasi (contona, pikeun pangropéa atanapi darurat), sedengkeun katup pangurang tekanan dianggo pikeun operasi kontinyu pikeun nyayogikeun gas anu kaleuleuwihi nalika total aliran ngaleuwihan kapasitas desain expander.
Katup pareum darurat (ESD). Katup ESD dianggo pikeun meungpeuk aliran gas kana expander dina kaayaan darurat pikeun nyingkahan karusakan mékanis.
Instrumen sareng kontrol. Variabel penting anu kedah diawaskeun kalebet tekanan asupan sareng kaluaran, laju aliran, kecepatan rotasi, sareng kaluaran daya.
Nyetir dina kecepatan anu kaleuleuwihi. Alat ieu motong aliran ka turbin, nyababkeun rotor turbin ngalambat, sahingga ngajagi alat tina kecepatan anu kaleuleuwihi kusabab kaayaan prosés anu teu kaduga anu tiasa ngaruksak alat.
Katup Pangaman Tekanan (PSV). PSV sering dipasang saatos turboexpander pikeun ngajaga pipa sareng peralatan tekanan rendah. PSV kedah dirancang pikeun nahan kontingensi anu paling parah, anu biasana kalebet kagagalan klep bypass pikeun muka. Upami expander ditambahkeun kana stasiun pangurangan tekanan anu tos aya, tim desain prosés kedah nangtukeun naha PSV anu tos aya nyayogikeun panyalindungan anu cekap.
Pamanas. Pamanas ngimbangan turunna suhu anu disababkeun ku gas anu ngaliwat turbin, janten gas kedah dipanaskeun heula. Fungsi utama na nyaéta pikeun ningkatkeun suhu aliran gas anu naék pikeun ngajaga suhu gas anu ngajantenkeun expander di luhur nilai minimum. Kauntungan sanés tina naékkeun suhu nyaéta pikeun ningkatkeun kaluaran daya ogé nyegah korosi, kondensasi, atanapi hidrat anu tiasa mangaruhan nozzle alat sacara négatif. Dina sistem anu ngandung penukar panas (sakumaha anu dipidangkeun dina Gambar 3), suhu gas biasana dikontrol ku cara ngatur aliran cairan anu dipanaskeun kana preheater. Dina sababaraha desain, pemanas seuneu atanapi pemanas listrik tiasa dianggo tibatan penukar panas. Pamanas tiasa parantos aya dina stasiun klep JT anu tos aya, sareng nambihan expander panginten henteu meryogikeun masang pemanas tambahan, tapi ningkatkeun aliran cairan anu dipanaskeun.
Sistem minyak pelumas sareng gas segel. Sakumaha anu parantos disebatkeun di luhur, expander tiasa nganggo desain segel anu béda, anu panginten peryogi pelumas sareng gas segel. Upami tiasa dianggo, minyak pelumas kedah ngajaga kualitas sareng kamurnian anu luhur nalika kontak sareng gas prosés, sareng tingkat viskositas minyak kedah tetep aya dina kisaran operasi anu diperyogikeun tina bantalan anu dilumasi. Sistem gas segel biasana dilengkepan alat pelumasan minyak pikeun nyegah minyak tina kotak bantalan asup kana kotak ékspansi. Pikeun aplikasi khusus tina compander anu dianggo dina industri hidrokarbon, sistem minyak pelumas sareng gas segel biasana dirancang dumasar kana spésifikasi API 617 [5] Bagian 4.
Penggerak frékuénsi variabel (VFD). Nalika generator induksi, VFD biasana dihurungkeun pikeun nyaluyukeun sinyal arus bolak-balik (AC) supados cocog sareng frékuénsi utilitas. Biasana, desain anu dumasar kana penggerak frékuénsi variabel gaduh efisiensi sakabéhna anu langkung luhur tibatan desain anu nganggo girboks atanapi komponén mékanis anu sanés. Sistem anu dumasar kana VFD ogé tiasa nampung rupa-rupa parobahan prosés anu langkung lega anu tiasa nyababkeun parobahan dina kecepatan aci expander.
Transmisi. Sababaraha desain expander nganggo girboks pikeun ngirangan kecepatan expander kana kecepatan anu dipeunteun ku generator. Biaya ngagunakeun girboks nyaéta efisiensi sakabéhna anu langkung handap sareng ku kituna kaluaran daya anu langkung handap.
Nalika nyiapkeun pamundut kutipan (RFQ) pikeun expander, insinyur prosés kedah nangtukeun heula kaayaan operasi, kalebet inpormasi ieu:
Insinyur mékanis sering ngalengkepan spésifikasi sareng spésifikasi generator expander nganggo data tina disiplin rékayasa anu sanés. Input ieu tiasa kalebet ieu di handap:
Spésifikasi ogé kedah ngawengku daptar dokumén sareng gambar anu disayogikeun ku produsén salaku bagian tina prosés tender sareng ruang lingkup suplai, ogé prosedur uji anu lumaku sapertos anu diwajibkeun ku proyék.
Inpormasi téknis anu disayogikeun ku produsén salaku bagian tina prosés tender sacara umum kedah ngawengku unsur-unsur ieu:
Upami aya aspék tina proposal anu béda ti spésifikasi aslina, produsén ogé kedah nyayogikeun daptar panyimpangan sareng alesan pikeun panyimpangan éta.
Sakali proposal ditampi, tim pamekaran proyék kedah marios pamundut pikeun patuh sareng nangtoskeun naha varian sacara téknis dibenarkan.
Pertimbangan téknis séjén anu kedah diperhatoskeun nalika meunteun proposal nyaéta:
Pamungkas, analisis ékonomi kedah dilaksanakeun. Kusabab pilihan anu béda tiasa nyababkeun biaya awal anu béda, disarankeun pikeun ngalaksanakeun analisis biaya arus kas atanapi siklus hirup pikeun ngabandingkeun ékonomi jangka panjang proyék sareng pengembalian investasi. Salaku conto, investasi awal anu langkung luhur tiasa diimbangi dina jangka panjang ku paningkatan produktivitas atanapi panurunan sarat pangropéa. Tingali "Rujukan" pikeun pitunjuk ngeunaan jinis analisis ieu. 4.
Sadaya aplikasi generator turboexpander meryogikeun itungan daya poténsial total awal pikeun nangtukeun jumlah total énergi anu sayogi anu tiasa dipulihkeun dina aplikasi khusus. Pikeun generator turboexpander, poténsial daya diitung salaku prosés isentropik (éntropi konstan). Ieu mangrupikeun kaayaan termodinamika anu idéal pikeun mertimbangkeun prosés adiabatik anu tiasa dibalikkeun tanpa gesekan, tapi éta mangrupikeun prosés anu leres pikeun ngira-ngira poténsial énergi anu saleresna.
Énergi poténsial isentropik (IPP) diitung ku cara ngalikeun bédana entalpi spésifik dina asupan sareng kaluarna turboexpander teras ngalikeun hasilna ku laju aliran massa. Énergi poténsial ieu bakal dikedalkeun salaku kuantitas isentropik (Persamaan (1)):
IPP = ( hinlet – h(i,e)) × ṁ x ŋ (1)
dimana h(i,e) nyaéta entalpi spésifik kalayan merhatikeun suhu kaluaran isentropik sareng ṁ nyaéta laju aliran massa.
Sanaos énergi poténsial isentropik tiasa dianggo pikeun ngira-ngira énergi poténsial, sadaya sistem nyata ngalibatkeun gesekan, panas, sareng karugian énergi tambahan anu sanés. Ku kituna, nalika ngitung poténsial daya anu saleresna, data input tambahan ieu kedah diperhatoskeun:
Dina kalolobaan aplikasi turboexpander, suhu diwatesan ka minimum pikeun nyegah masalah anu teu dihoyongkeun sapertos pipa beku anu disebatkeun tadi. Di tempat gas alam ngalir, hidrat ampir sok aya, anu hartosna pipa di hilir turboexpander atanapi klep throttle bakal beku sacara internal sareng éksternal upami suhu outlet turun di handap 0°C. Pembentukan és tiasa nyababkeun pangwatesan aliran sareng pamustunganana mareuman sistem pikeun ngaleyurkeun. Ku kituna, suhu outlet "anu dipikahoyong" dianggo pikeun ngitung skénario kakuatan poténsial anu langkung réalistis. Nanging, pikeun gas sapertos hidrogén, wates suhu langkung handap sabab hidrogén henteu robih tina gas ka cair dugi ka ngahontal suhu kriogenik (-253°C). Anggo suhu outlet anu dipikahoyong ieu pikeun ngitung entalpi spésifik.
Efisiensi sistem turboexpander ogé kedah dipertimbangkeun. Gumantung kana téknologi anu dianggo, efisiensi sistem tiasa bénten-bénten sacara signifikan. Salaku conto, turboexpander anu nganggo gir réduksi pikeun mindahkeun énergi rotasi ti turbin ka generator bakal ngalaman karugian gesekan anu langkung ageung tibatan sistem anu nganggo panggerak langsung ti turbin ka generator. Efisiensi sakabéh sistem turboexpander dinyatakeun salaku persentase sareng diperhatoskeun nalika meunteun poténsi daya saleresna tina turboexpander. Poténsi daya saleresna (PP) diitung sapertos kieu:
PP = (hinlet – hexit) × ṁ x ṅ (2)
Hayu urang tingali aplikasi pangurangan tekanan gas alam. ABC ngoperasikeun sareng ngajaga stasiun pangurangan tekanan anu ngangkut gas alam tina pipa utama sareng nyebarkeunana ka kotamadya lokal. Di stasiun ieu, tekanan asupan gas nyaéta 40 bar sareng tekanan kaluarna nyaéta 8 bar. Suhu gas asupan anu dipanaskeun sateuacanna nyaéta 35°C, anu manaskeun gas pikeun nyegah pipa beku. Ku alatan éta, suhu gas kaluar kedah dikontrol supados henteu turun di handap 0°C. Dina conto ieu urang bakal nganggo 5°C salaku suhu kaluaran minimum pikeun ningkatkeun faktor kaamanan. Laju aliran gas volumetrik anu dinormalisasi nyaéta 50.000 Nm3/jam. Pikeun ngitung poténsi daya, urang bakal nganggap yén sadaya gas ngalir ngaliwatan turbo expander sareng ngitung kaluaran daya maksimum. Perkirakeun poténsi kaluaran daya total nganggo itungan ieu: